北京上荣超声波塑料焊接设备有限公司
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北京超声波塑料焊接机:超声波焊接过程中的温度分析

作者:上荣超音波网址:http://www.beijingchaoshengbo.com

超声波焊接温度曲线

    图1所示为无界面试件的超声焊接温度曲线,经过长达2s的焊接,测点的最高温升仅为20℃左右,远没达到材料的软化温度,不可能熔融形成焊区。

    焊接结束后,试件与工具头接触的表面有烧伤痕迹,且测点中越靠近上表面温升越明显,因此可以推断所测得的温升主要从上表面热传导而来。

超声波焊接过程中的温度曲线

  图2所示为有界面试件焊接过程中的温度曲线,图中显示导能筋角点A的温度升高要快于其他两点。A点与B点的温升规律相似,在前期温升速率较慢,角点A的最大温升速率为267℃/s,在上面的仿真计算中最快温升为390℃/s,这一温升速率与仿真结果中摩擦热的产热速率数量级吻合,超声波焊接机但略低于仿真结果,这主要是由于仿真计算中没有考虑向空气中的热辐射,而且实验中角点的位置并不是理想的角点位置,而仿真结果角点位置则是严格意义上的导能筋左下角节点。B点受界面效应的影响也存在摩擦热,但由仿真结果可知它与底面的相对滑动小于A点,所以其温升速率也较A点小,但是由于界面上由角点A开始向B点逐渐变热,摩擦和热传导作用使B点持续升温。

   A点和B点的温升曲线在Tg附近都存在明显的拐点,在温度高于玻璃点转化温度后的0.025s内温度迅速升高近70℃,仿真结果中黏弹热使温度在0.02s内升高近50℃,仿真结果与实验测量结果非常吻合,具有典型的高于Tg的黏弹性产热特征。而c点由于离界面较远,所以只有很少的热量传导到c点,焊接2s后由于导能筋的坍塌和大量材料温度到达玻璃点转化温度后产生较多的黏弹热,在热传导作用下使C点的温度开始明显升高。比较两种试件的测温结果可知,在有界面的试件中A点与B点分别在前0.3s和0.5s上升了80℃,而图2中在相同的荷载下其温度升高量较小。

   本部分测温试验结果显示,界面的存在是超声波加工工艺的先决条件,而且接触界面的状态决定了初始热量的产生位置和最终温度分布。因此接触界面的合理设计是超声波加工的关键技术之一,合理的界面设计不仅可以有效提高加工精度、增加加工过程的可控性,而且还可以避免诸如局部过热等常见缺陷的发生。